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《計算機科學導論》課程是計算機專業的引導性課程，為計算機專業的新生提供了關于該專業學科的入門介紹。使學生能夠全面掌握計算機的基礎知識，并了解該專業的學生在該領域工作應具有的職業道德和應遵守的法律準則。《計算機科學導論》課程在大一第一個學期開設，新生雖然具有計算機的基本使用能力，但在計算機理論知識上的專業性不夠，大部分的知識對新生來說都是第一次接觸。如果一味地想把如此廣的知識介紹給學生，理解上的難度會影響他們學習的積極性，效果并不好。根據該課程近幾年的教學實踐，筆者總結出了教學中存在的一些問題，并對教學內容的選取、教學方法和考核方式給出思考。

教學中存在的問題

計算機科學導論的教學內容雖然相對淺顯，但是涵蓋的知識面很廣，幾乎包括計算機領域所有的理論知識，應用技術、熱點研究問題等。在授課中不僅要把基本的概念介紹清楚，還要對最新的專業動態有所介紹。在教學過程中主要存在以下幾個問題。

1.合適教材難以選擇

我國的計算機科學導論教材非常多，按其內容主要有以下三種：一、內容為計算機各種辦公軟件的使用，使學生具有使用計算機的初步能力，和非計算機專業開設的《大學計算機文化基礎》課程等同[1]；二、將計算機專業學生大學四年要學的專業核心課程進行了濃縮，內容涉及面廣；三、計算機和計算的本質屬性用高度抽象的數學模型來刻畫[2]，內容進行系統化、形式化的概括。由于目前中小學已開始開設了相關的課程，新生都具有不同程度的使用計算機的能力。所以選擇第一種教材對于計算機專業的學生會過于簡單，失去“專業引導”課程的本質屬性；第二種教材在廣度和深度上是比較難以把握的；第三種教材過于抽象，教師難講，一般院校的學生難以理解。再加之計算機科學技術和應用技術的發展變化非常快[3]，可謂日新月異，許多教材內容的更新速度嚴重滯后。

2.理論教學過于復雜

新生非常渴望專業知識，計算機專業的新生對第一學期開設的計算機科學導論課程抱有很大的期望。教師希望通過講授該課程給學生初步建立整個學科的框架，指明計算機專業學習的方向，激發他們的學習興趣。但是把如數據結構，操作系統，數據庫系統，編譯原理等專業課濃縮為一章進行敘述[4]，敘述方式上又較少考慮新生的知識背景和理解能力。理論教學中勉強把計算機科學系統知識精裝到學生的知識結構中[5]，不斷出現的新概念、新理論和新知識使學生難以真正理解，又要求他們在短期內消化吸收，這樣不但起不到很好的專業引導，反而使學生對計算機的學習望而生畏。

3.實驗內容與理論教學相對獨立

本課程配有相應的實驗內容，但一般是以Windows操作系統和常用辦公軟件的操作為主，與理論教學相對獨立。

4.考核方式傳統化

對學生來說，最熟悉的考試方式是閉卷考試，這種考試方式注重對知識的記憶、理解和應用。在大學學習期間，很多課程沒有單元測試、期中考試，采取的是直接的期末考試。學生到了期末死記硬背搞突擊，平時很少去細細思索所學內容。本課程不只是介紹一些計算機專業的知識，更應該引導學生思考相關的一些問題。

教學的幾點思考

1.教材內容和補充新信息相結合

教材的內容對基本知識介紹得比較全面，但為了提高教學質量和教學的有效性，在教學內容上教師需要適當地選擇一些專業領域的新知識進行補充，如計算機技術和產品的最新發展、新成果、未來發展趨勢等[6]。學生在掌握計算機基本知識的基礎上對專業新知識有所了解，緊跟時代的新發展，與學生實際生活中接觸到的產品和概念有所共鳴，這樣可以激發他們學習本專業知識的興趣。

2.構建啟發式教學模式

傳統的教學模式是非常封閉的，教師講解學生聽課，兩者的交流比較少。學生的這種被動局面制約了他們學習主動性的發揮。啟發式教學模式就是讓學生的學習方式從被動變為主動。教師在對基礎知識的介紹過程中，根據相應的知識點設置相關問題，對學生進行分組選擇相應問題；進行前期的文獻查找，撰寫論文培訓后，讓學生自己去查閱相關資料，提煉內容，形成一份綜合的材料，并在課堂上講解給同學們；教師及時對學生所講內容進行總結評述。把課堂的某些時間讓學生掌控，教學中充分調動教師和學生的交流，在問題中探討學習，在參與中掌握相關知識。在這個過程中讓學生學會檢索文獻，整理資料，初步閱讀計算機專業文獻等；鼓勵學生從問題出發，去鉆研去思考，逐步訓練專業的創新能力；在團隊中學會合作；鍛煉學生的表達能力；提高辦公軟件的使用能力；培養學生專業自信心；充分發揮學生的主動性。

3.適當增加理論教學的實驗

Windows操作系統和常用辦公軟件的操作這些操作技能需掌握，但課堂上講到的有些內容最好配合相應的實踐，給學生實實在在的接觸，這樣能使理論教學的效果更理想。

4.改變考核方式

大學的課程在考核上一般采取期末考試成績和平時成績相結合的方法。計算機導論課程內容多，授課中若不采取傳統的教學方式，而是結合專題講座、學生參與教學的方式，該課程的部分考核可以在教學過程中完成。例如，可采取分組合作課題和獨立選題論文相結合的考核形式。分組合作課題在授課中完成，學生按所在分組，分工合作完成相關課題，上臺講演，并通過各小組之間的評比給出相應成績，這項成績在教學中完成；獨立選題論文，學生自主選取與計算機領域相關的選題，以論文形式上交，培養學生獨立思考能力，這項考核在結課后一定時間內完成。兩者結合，不增加學生記憶的壓力，又給了學生充分的自。

結束語

《計算機科學導論》課程在專業知識整體介紹的同時要激發學生學習本專業的興趣，發揮學生學習的主動性。課程難度和廣度不容易把握，教師要不斷更新教學內容，改進教學方法，使《計算機科學導論》課程真正起到引導的作用。

參考文獻：

[1]許晴媛.《計算機導論》課程內容探索與改革[J].寧德師范學院學報（自然科學版），2011，23（3）：303-306.

[2]何昭青.《計算機導論》課程內容體系構建的研究與實踐[J].湖南第一師范學院學報，2010，10（5）：63-66.

[3]李明東，等.《計算機導論》課程內容及體系結構改革研究[J].四川師范學院學報（自然科學版），2003，24（1）：6-8.

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0 引言

針對國內外計算機教育發展的新動向，教育部高等學校計算機專業教學指導分委員會聯合中國計算機學會教育專業委員會、全國高等學校計算機教育研究會，特別就計算思維能力的培養問題形成幾點認識。計算機專業教育應該在計算思維能力培養中做出表率，將系統化計算思維能力的培養貫穿在計算機專業的教育中。計算機導論是計算機專業的一門先導必修課程，是作為計算機專業學生進入大學后的第一門專業課程，其主要作用可以歸納為“五導”：導知識、導方法、導思維、導意識和導職業。我們認為“導思維”是首要的，也是最為核心的，同時也是最難做到的，“導思維”在引導培養學生計算思維能力的過程中，可以很好地、潛移默化地達到其他4項引導作用。

如何建立計算思維能力的培養要求、實施途徑、評測規范與方法一直是當前計算機教育者從事計算思維研究的一項重要課題。我們結合教學團隊多年的經驗積累，依據計算思維的本質和特征及計算機導論課程的構建目的，從教學內容、教學理念、教學方法及教學評價等方面探討如何在計算思維驅動下對計算機導論課程進行一系列的改革和探索。

1 計算思維與計算機導論

計算思維（Computational Thinking），籠統地講，是指受過良好訓練的計算機科學工作者面對問題所習慣采用的思維方法，體現為在過去半個多世紀以來成就計算機和信息技術輝煌發展過程中行之有效的若干分析問題與解決問題的典型手段與途徑。其具體內涵在近年來發表的文獻資料中均有豐富論述。而有關計算機導論課程的構建問題，在1989年ACM攻關組所提交的“計算作為一門學科”（Computing as a discipline）報告中認為，該課程要培養學生面向學科的思維能力，使學生領會學科的力量，以及從事本學科工作的價值所在。報告希望該課程能用類似于數學那樣嚴密的方式將學生引入到計算學科各個富有挑戰性的領域之中。

2008年6月在網上公布的ACM對CC2001（CS2001）進行的中期審查報告（CS2001 Imerim Review）（草案）中，開始將美國卡內基·梅隆大學計算機科學系教授周以真（Jeannette M.wing）倡導的“計算思維”與計算機導論課程綁定在一起，并明確要求該課程講授計算思維的本質。

綜上所述，計算機導論這門課程不是解決對計算機功能的工具性認識問題，而是要對學生進行專業引導和思維引導，應該以面向計算學科的思維能力，也即計算思維能力的培養為核心。學生如果有了良好的計算思維品質，不管環境、知識需求如何變化，都可以靈活應變，從而為今后的專業學習以及走上工作崗位打好堅實的基礎。

2 計算思維驅動下的課程改革

2.1 學目標，靈活教學內容

美國卡內基·梅隆大學周以真教授認為：計算思維是運用計算機科學的基本概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為。它包括了涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動。計算思維一大特征是數學和工程思維的互補與融合。計算機科學在本質上源自數學思維，其形式化基礎建筑于數學之上。計算機科學又從本質上源自工程思維，基本計算設備的限制迫使計算機學家必須計算性地思考，不能只是數學性地思考。所以計算思維的研究存在多維性，它緊密地同數學、科學和工程結合在一起。另一方面，計算思維建立在計算過程的能力和限制之上，由人和機器去執行，在求解問題時必須從人的認知、心理、思維活動和學科發展角度去入手，故存在研究角度的多態性。

因此，計算思維多維、多態的復雜特征決定了計算機導論課程當前培養方案的多樣性與差異性。當今計算機的理論和技術發展太快，新的知識大約每兩年就會增長一倍，教材根本無法實現實時地對新知識、新技術進行跟進。因此，我們主張教材為輔，“導思維”為主的原則，在統一的數學目標指導下靈活課程的講授內容，留給教師和學生最大的思考空間。沒有了教材的“束縛”，教師有了更多的掌控空間，學生也不會因教科書而將概念固定化，更不會出現臨考抱“教材”的現象。

我們確定計算機導論課程的教學目標是：在學生建立計算機專業學科知識體系框架的同時激發學生的學習興趣及學習的主動性，培養學生的計算思維能力、洞察問題及解決問題的能力，為后續學習相關專業課程、參與創新課題等打下堅實的基礎。在教學內容的劃分和安排上，由于課時有限，我們主張理論教學內容在劃分上盡可能地簡單分明，前后知識可以很好地呼應起來，這樣更有利于知識點的系統化，不會因為章節龐雜、知識點太多而導致學生難于消化。為此將課程的講授內容簡單劃分成3大部分：

（1）介紹計算學科各領域的發展史及前沿，揭示各主要領域的基本規律及相互之間的內在聯系；認識當前社會和職業問題等。

（2）介紹計算機學科中的經典科學問題，初步認識和理解抽象、理論和設計3種學科形態。

（3）講解計算機學科中的核心概念（如算法、數據結構、程序、軟件、硬件、信息表示等），探討研究學科中的數學方法和系統科學方法，培養計算思維能力。

在講授過程中，我們借助精心制作的多媒體課件，結合授課內容和計算思維的培養目標，隨時有針對性地調整和豐富自己的講授內容。例如，講解計算機學科各領域的發展史時，通過引薦吳軍老師的《浪潮之巔》，讓學生對整個信息產業有個整體了解，明鑒信息技術之興衰和發展；而王偉老師的《計算機科學前沿技術》則系統展示了計算機學科各領域中令人激動的前沿技術，揭示未來計算機的發展方向，很好地體現了計算思維及其重要性。

2.2 主張自由文理教育，突顯學生主體

作為國家建設未來的棟梁，需要的不是僅有技能的人才，重要的是有思想、精神、獨立思考能力和良好的身體。技能是容易學的，但一個人的素養和教養不是一蹴而就就能培養的。大學教育的目的應該在于培養學生終身學習的能力，比如閱讀、寫作、計算思維，而不是一時的某項職業技能。如果學生進入大學僅是為了將來的飯碗，那必然會羈絆他的頭腦，抑制他的求知欲。所以大學的專業學習需從“學什么”（內容）轉到“如何學”（過程），將“導思維”放置課程建設的首位。

我們主張自由文理（Liberal Arts）的教學理念，力爭引導一種自由的環境，激起學生主動學習的欲望，成為真正熱愛學習的人，即在沒有外界利益驅使下仍然在學習的人。對于自由的學生，他們的時間，他們的大腦和心靈在學習的時刻才真正受他們自己所支配，這樣的學習過程才可能專注且快樂。

在教學中，我們堅持以學生為本，打破傳統的教師講學生聽的單向模式，在課堂上采用提問式教學，注意引發學生學習的動機；嚴格地遵循計算機學科的發展規律，定期給出具有一定挑戰性的課題，通過分組合作的方式，以師生間討論、辯論的形式，自律地學習獲取知識的方法及分析問題的原則；利用平時的小論文，引導學生收集資料，增強自我學習的能力，建立抽象立體的概念；通過對科學大師的解讀沉淀一種學者的尊嚴和對真理的敬重和向往，培養學生的社會責任心。

2.3 遵從螺旋式組織方式，提升學生思維

若將教學比作爬山，通常的教學習慣是一口氣從山下直線攻頂，而布魯納在《教育過程》中所提出的螺旋式課程（Spiral curriculum）則是繞著山轉，在相同的角度看到的風景雖然都一樣，但每次繞回來時的高度不同，能看到的廣度和深度都不一樣。等到達山頂時學生不僅對山有具體認知，也能掌握四周環境全面性的關聯知識。計算機導論課程幾乎涵蓋了計算機領域所有的理論、技術和研究課題，內容太過廣泛，若前后不能很好地呼應起來，學生往往會因孤立地學習太多的知識點而導致前面學的內容到后面就忘記了，理解起來也相對困難。對于計算機科學這樣一個有機的、龐大的學科體系，教師應該引發學生對計算機學科知識結構的理解，精熟其基本原則、原理，以此產生類化的能力，而不是零碎概念、知識點的描述。

我們在課程實施中，遵循螺旋式課程的組織方式。首先結合教學團隊多年的教學經驗和團隊成員之間的合作討論對課程知識進行合理的結構化；然后從學生認知發展角度出發，沿認知發展的動作表象、形象表象、符號表象3個階段來組織課程內容。講授內容如2.1節所述，知識點在組織安排上前后呼應，螺旋式地擴展和加深，直至復雜、抽象的現代知識領域；最后在教學過程中我們采用合理的教學方式和緊密相連的學習節目來配合教學過程。比如教學中我們注重學習情境的安排，在講授算法時，注重引導學生感受其產生背景，摸索過程，走過什么道路，不同階段產生什么改變，將來的發展趨勢是什么，它還可以做什么改進等。引導學生主動參與學習活動，提供學生更多自行探索的機會，最終實現將“知識個人化”。為使學生站在同一角度看到更大的廣度和深度，我們主張采用團隊教學制。計算機學科發展迅速，應用領域廣，學科交叉和滲透十分突出，而計算機學科教師掌握和積累知識的廣度是有限的，往往限于個別研究方向，為了提高學生的學習興趣，拓展學生的思維和視野，在不同的知識領域會組織邀請相應有所“專”的教師來講授，這樣可以發揮團隊互補優勢，實現對學生全方位的指導，收到良好的人本教育的效果。

2.4 采用分級評價手段，有效監管教學過程

計算思維能力的培養是一個長期的過程，學習和思維不是彼此獨立的，是緊密而互補地聯系在一起的。所以為了內化學生的計算思維能力，我們必須有效監管整個教學過程，對每個個體在不同的教學環節中的表現做出正確評價，這樣才可以實施因材施教，兼顧那些因各種原因而落后的學生。

我們采用螺旋式教學法，非常注重引導學生課前進行預習。在講授新內容之前，我們要求學生課前收集相應的材料加以了解，課堂上通過實施提問式教學，引導學生積極討論，同時依據學生參與情況及時做出相應的評價，對未準備的學生要給予相應懲罰，并在下次課中加重對其進行考察。相應地，在平時作業中我們不會布置常識性的題目，而是根據授課內容布置一些能夠引發思考、對計算機學科整體認知有幫助的題目，這樣就避免了作業抄襲的現象，增加了學生主動思考的機會，教師也可及時捕獲學生思維能力的變化，調整和改進后續的講解內容。

我們所采用的團隊教學制為實施團隊合作式學習提供了很好的平臺。在整個課程結束后，教學團隊中的每個成員會給出一些具有挑戰性和合作性的題目，學生根據自身對學科分支的理解和把握情況來挑選導師，在導師的牽頭引領下開展以小組為單位的研究型學習。學生最終需按照要求提交論文或報告，并在小組內通過上臺演講的方式進行答辯，最終以個人和小組的共同表現綜合給出評定。

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2009年11月,作為國家示范教學實驗中心建設工作的一部分,國內高校計算機教學單位組團,對美國中部幾所大學的計算機教育情況進行了考察。本文對美國伊利諾伊大學香檳分校(UIUC)和伊利諾伊理工學院(IIT)的計算機基礎教育和美國大學非計算機專業計算機基礎教育的指導方針進行介紹和探討。

伊利諾伊大學香檳分校(University of Illinois at Urbana-Champaign,UIUC)成立于1867年,學科專業設置齊全,共有近200個專業,最好的學科是工程和商科,還有農學院、法學院、教育學院、航空學院、工程學院、通信學院、獸醫學院、藝術學院、勞資關

系學院、企業管理學院、社會研究學院、人類學院、化學和化工學院、人文和家庭研究學院、應用科學生命學院、哲學和理學院等20多所學院[1]。

UIUC的計算機科學系創建于1972年,經歷30多年的發展,一直雄居全美前5名,僅次于Stanford、Berkeley、MIT和CMU[1]。UIUC的計算機科學(CS,Computer Science)課程體系規劃基本成形于1986年,并在此后的20多年間不斷完善。目前有57位教員(Faculty)[2],承擔著全部本科教學和科研工作。CS本科課程設置特點為廣、深結合,理論、實踐結合。課程覆蓋計算機理論、設計和應用等領域[3]。

伊利諾伊理工學院(IIT)始創于1890年,坐落于芝加哥,是一所同時重視科學和工程學的學府,是美國知名的三大理工院校之一,下設7個學院和1個研究中心,即阿默工程學院(Armour College of Engineering)、芝加哥肯特法學院(Chicago-Kent College of Law)、建筑學院、文理學院、設計學院、心理學院、斯圖爾特商學院(Stuart School of Business)和職業發展中心[4]。IIT的CS系目前有16位教員,承擔著計算機本科教學和科研工作。

1計算機專業基礎教學的特點

分類的計算機基礎課是美國大學基礎教學的主要特色,不同類型的計算機基礎課分別面向計算機專業、理工科專業和非理工專業。其中,根據美國本科教育的特點,計算機專業的基礎課有非常顯著的針對性。非計算機專業的計算機基礎課設計也很耐人尋味。

美國的計算機基礎課一般有兩門,在UIUC分別是CS100 Freshman Orientation(新生指導,1學分)和CS 125 Intro to Computer Science(計算機科學導論,4學分) [5]。在IIT分別是CS100 Introduction to Professions (職業生涯介紹,2學分)和CS201- Accelerated Introduction to Computer Science(簡明計算機科學導論,4學分)[6]。

面向新生開設的CS100類課程不僅課時較少,內容也比較簡單,在國內高校中較為少見。例如,IIT的CS100課程“作為一種(從事計算機)科學和工程職業介紹,闡述應用(計算機)工程和科學解決問題的過程,強調跨學科和國際化解決問題并需要評估計算、金融和社會制約因素下的解決方案[7]?！睂W習目標定位在使學生“理解計算機科學基本概念,包括計算歷史、二進制計算/邏輯/程序轉換、算法、計算機體系結構、操作系統等;展示使用偽代碼解決基本問題,如排序和遞歸;與計算機科學職業生涯有關的職業操守(ACM Ethics Code);利用圖書館資源研究和撰寫計算機科學技術的研究論文;創建并進行計算機科學理論的教學演示或計算機科學技術銷售演示[7]?！?/p>

這類課程在美國大學是非常有意義的。許多選擇計算機為職業方向的本科新生對計算機專業的培養目標、專業課程和職業生涯并沒有真正了解,而這門課程就可以幫助這些學生了解計算機專業的培養目標和就業前景,然后再作決定。不少學生學完這門課后,發現現實與自己想象的完全不同,就可以盡快轉到其他專業。另一種情況則相反,一些沒有專業方向的本科生(美國大學允許大學生沒有專業方向,但需要輔修若干小專業)在選修了這門課程后,可能將計算機作為自己的主修或輔修專業。

UIUC的CS125計算機科學導論是以Java語言為主的編程入門課,涵蓋了一些算法的內容,介紹與解決計算問題有關的基本概念和基本技術,此外還有與之配套的實驗課[2],擬作為計算機科學專業的第一門課程。該課程與我們國內多計算機專業開設的第一門計算機課程有共同之處。

2非計算機專業計算機基礎指導方針

美國大學的非計算機專業計算機基礎的指導方針出自美國國家科學研究委員會 (National Research Council,NRC)1999年出版的報告《Being Fluent with Information Technology》[8]。在報告中,該委員會將現代高等教育中受教育者的計算機或信息技術應用能力分別定義為智力性能力、信息技術的概念和信息技術技能3個方面,每個方面包含10項內容,共30項。

這3個方面的具體內容如下:

1)Intellectual capabilities(智力性能力,指在復雜和支撐性環境中應用信息技術)。

(1)Engage in sustained reasoning(持續運用推理能力)。

(2)Manage complexity(管理復雜性)。

(3)Test a solution(測試解決方案)。

(4)Manage problems in faulty solutions(在失敗的解決方案中尋找并解決問題)。

(5)Organize and navigate information structures and evaluate information(組織和導出信息結構并評估信息)。

(6)Collaborate(合作)。

(7)Communicate to other audiences(與他人溝通)。

(8)Expect the unexpected(準備好應對預料之外、情理之中的情況)。

(9)Anticipate changing technologies(預見技術的變化)。

(10)Thinking about information technology abstractly (關于信息技術的抽象思維)。

2)Information technology concepts(信息技術的概念)。

(1)Computers(計算機)。

(2)Information systems(信息系統)。

(3)Networks(網絡)。

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中圖分類號：G642文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)16-3910-02

The Research of Training Computational Thinking in Teaching Algorithm Design and Analysis

SUN Ya-hong

（Xi’an Fanyi University, Xi’an 710105,China）

Abstract: Computational thinking has become the hot issue in current international education. How to develop students’habit of using the computational thinking in real life, this article discusses a computational thinking training model based on variety practice in teaching al gorithm design and analysis. And give a lot of examples to illustrate the training model.

Key words: computational thinking; variety practice; algorithm design and analysis

自2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威期刊《Communica tions of the ACM》上發表《Computational Thinking》一文以來，國際國內計算機教育界掀起了研究計算思維的熱潮。2008年6月，美國計算機科學技術教師協會（CSTA）發表文章《Computational Thinking:A problem solving tool for every classroom》，在該文章中，作者給出了計算思維的定義，并分類歸納了社會科學、計算機科學、自然科學、數學、生命科學等學科領域中關于計算思維的經典論文；2008年美國國家科學基金會NSF通過了一項計算使能的科學發現和技術創新CDI（Cyber-Enabled Discovery and Innovation）計劃，該計劃進一步強調了“計算思維”領域的創新對自然科學和工程技術領域發展的推動作用。同時，計算思維在國內也得到了廣泛的討論。2008年11月，由全國計算機教育研究會主持的“計算思維與計算機導論專題學術研討會”在廣西桂林召開，參加會議的學者總結了當前計算思維的研究進展狀況，并討論了計算思維對計算機教育的影響。2009年7月，在NOI2009開幕式和NOI 25周年紀念會上，中科院計算技術研究所所長李國杰院士進一步闡述了計算思維的定義，他指出“計算思維是運用計算機科學的基礎概念去求解問題、設計系統和理解人類的行為，它選擇合適的方式去陳述一個問題，對問題的相關方面建模并用最有效的辦法實現問題求解”；2009年12月，王亞東等人在《計算與計算思維》一文中討論了計算思維對各門學科產生的影響，并提出應該在計算機專業的各門課程中滲透“計算思維”的設想；2010年12月，張曉茹等人在《再談計算思維》一文中通過對計算機科學思維，計算思維和計算機思維概念進行一致性分析，從不同方面分析和闡述了計算思維的特征，并對計算思維研究的基本問題進行了初步探索。盡管如此，如何在具體的課程教學中培養學生的計算思維能力仍處于起步階段，還沒有形成一套成熟的教學指導體系。那么，如何在課堂上結合課本的知識點培養學生的計算思維能力，使得計算思維成為學生的一種思維習慣；如何在學生的四年大學學習，持續不斷地培養學生的計算思維，使學生能夠運用計算思維的方法進行問題的分析和思考，是一個重要且值得探討的問題?；诖?，該文依據計算思維的方法，在《算法設計與分析》課程的教學中，提出一種基于算法多樣化訓練的計算思維培養方法。經實踐驗證，該方法有利于幫助教師提高教學效率，挖掘學生潛能，有利于提高學生分析問題，解決問題的能力。

1計算思維

什么是計算思維？計算思維同我們的閱讀、寫作能力一樣，是人類的基本思維方式。這種思維方式運用計算機科學的基礎概念和方法對問題進行描述，建模，求解。它是一種具有普適性的科學思維方法。為了更加具體的、詳細的說明這一概念，周教授將計算思維的概念進一步定義為以下幾個方面內容：

1)通過約簡、嵌人、轉化和仿真等方法，把一個看來困難的問題闡釋成一個我們知道問題怎樣解決的思維方法。

2)是一種遞歸思維是一種并行處理能把代碼譯成數據又能把數據譯成代碼，是一種多維分析推廣的類型檢查方法。

3)是一種采用抽象和分解來控制龐雜的任務或進行巨大復雜系統設計的方法，是一種基于關注點分離的方法。

4)是一種選擇合適的方式陳述一個問題,或對一個問題的相關方面建模使其易于處理的思維方法。

5)是按照預防、保護,通過冗余、容錯、糾錯方式,并從最壞情況進行系統恢復的一種思維方法。

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1引言

隨著經濟和信息技術的發展，計算機科學與技術專業已經發展成為我國招生規模最大，培養學生最多的專業之一，計算機專業不僅需要高層次的計算機科學家和研究員，更多需要的是系統掌握計算機科學理論、計算機軟、硬件及網絡知識的應用型人才，計算機專業教育應以人才市場為的導向，融合在相關學科的知識，滿足經濟社會發展的對新型復合型人才的需求。在社會對計算機人才的需求呈現多元化的今天，對基礎扎實，具有過硬的技術背景，又有較強實踐能力和有較強市場意識的應用型計算機人才的需求旺盛。因此，從商科類院校的實際特點出發，探索商科類院校的計算機科學與技術專業人才培養及特色，突出特色和優勢，是值得認真研究和需要亟待解決的問題。

2明確人才培養目標，滿足人才市場需求

國家信息化的發展步伐在加快，信息產業對人才的需求在進一步增加，從人才就業形勢來看，一方面用人單位急需實踐能力強，學有所長的計算機人才，另一方面又存在計算機專業的畢業生找不到理想工作的問題。究其原因，主要是計算機專業畢業生的知識結構與用人單位的需求存在一定的距離。計算機專業培養的人才應該是熟練掌握計算機軟件開發技術，精通計算機程序設計；掌握計算機網絡軟硬件技術，能夠從事計算機網絡應用技術開發和網絡編程技術；掌握計算機硬件技術基礎，具備計算機硬件或產品開發的潛力；并且通過對上述三個方面知識的選修課程模塊使學生在某一個方面學有所長。商科類院校計算機科學與技術專業應該結合現代商科特色，與經濟、管理等學科結合，滲透和交叉，培養出特色鮮明并且有競爭優勢的學生。

3培養目標與專業特色

商科類院校計算機科學與技術專業要堅持為經濟建設和社會發展服務。人才培養目標可以確定為：本專業培養德、智、體、美全面發展，系統掌握計算機科學理論、計算機軟硬件及網絡理論及應用知識；基礎扎實，綜合素質高，實踐能力強，具有市場意識和創新精神，能夠在企事業、政府部門、學校等單位從事計算機軟件、硬件、網絡系統的研究、開發和管理等工作的應用型高級技術人才。

商科類院校的計算機專業，培養的是“應用型”人才，通過自身已經存在的商科人文環境，著重培養學生的學習、分析與解決問題、開展創新活動的能力，使學生不僅有計算機軟、硬件及網絡應用知識，又有經濟和管理的知識背景，使學生既懂計算機技術，又懂得一些經濟和管理方面的知識；當然，培養出來的學生首先應該符合計算機專業人才培養規格要求，學生學有所長；同時，和其他院校相比又應具有商科知識背景，能夠在相關專業領域從事信息技術服務、技術管理和市場開拓工作。使學生既懂技術，又會經營管理。

4商科特色的應用型計算機人才培養目標的實現

商科特色的應用型人才培養是由教師教學、學生學習、培養目標、培養模式、教學管理、教學計劃、教學內容、教學方法、教學手段等多個方面共同作用來實現的。2006年9月，教育部高等學校計算機科學與技術教學指導委員會編制了《高等學校計算機科學與技術專業戰略研究報告暨專業規范（試行）》，由高等教育出版社出版，其中提出了4個參考的專業方向，即計算機科學、計算機工程、軟件工程以及信息技術。商科類院校計算機科學與技術專業適合信息技術方向。

4.1課程體系的設置原則

在培養方案和教學內容安排時，即要注重基礎理論、基本知識、基本技能的培養，又要突出商科特色，還要注重實用技術與工程開發能力的培養。計算機科學與技術專業培養的學生首先應該滿足人才培養規格要求，在計算機軟硬件和網絡方面有較扎實的基礎和較寬的知識面；學生要熟練掌握軟件編程技術、計算機網絡及網絡設備的配置和使用和計算機硬件系統或產品的開發潛力，能夠解決生產、生活中的實際問題的能力；課程設置可以從計算機軟、硬件及網絡三類課程入手，構成課程體系和課程模塊。在商科特色的培養方面，要注重學生經管、管理知識和理念的培育。通過教學計劃設置商科課程，讓學生了解企業經營和管理的實際問題，通過講座或案例，讓學生了解現代企業經營管理模式，通過成功IT企業的案例作為現實教材，使學生在經營、管理和創業等方面能夠學以致用。通過實踐教學使學生具有較強的解決問題能力，獲得一技之長，能夠結合企業的實際情況，解決生產中的實際問題，縮短企業對人才需求的距離。

4.1.1專業的核心課程設置

為了滿足計算機科學與技術專業人才培養規格，在專業核心課程的設置方面要滿足人才培養規格的需要，開展與各有關課程配套的教學大綱、教材建設工作，把本學科領域前沿的優秀學術成果增加到教學內容中去。如下表所示。

4.1.2商科特色的建設

商科類院校計算機科學與技術專業，在培養方案中要體現商科背景的培養。主要通過六個層次的教學實現，首先，在公共基礎課中開設經濟學通論、管理學通論二門課程；第二，在人文科技選修課中，限制學生選修6個學分的經濟管理類課程；第三，在專業選修課中開設財稅實務、項目分析與策劃、行業營銷、企業登記運行等專題講座；第四，在獨立實踐教學環節中，設置計算機市場調研、電子及計算機產品營銷實踐等實習環節；第五，在專業課中，結合學科建設的優勢，開設電子商務技術、信息管理等方面的課程；第六，鼓勵學生參加經濟、管理類學術交流活動，輔修經濟管理類第二專業；發揮商科類院校的特色。

4.1.3實踐教學體系建設

實踐教學通過課程內實驗、獨立開課實驗、實習、課程設計、畢業設計、第二課堂、創新學分設置等實現。獨立的實踐教學環節，如計算機導論實驗、C語言程序設計實驗、大學物理實驗、面向對象程序設計實驗、計算機網絡工程實驗、大型數據庫系統實驗、計算機市場調研、電子及計算機產品營銷實踐、專業實習、畢業實習、面向對象程序課程設計、數據結構課程設計、網絡工程課程設計、軟件綜合課程設計、畢業設計等。實驗場地可以建設計算機專業軟件和計算機網絡實驗室，建立軟件技術校內實習基地，如建立軟件技術創新實驗室，程序設計基地等。利用社會資源，建設校外實習基地，滿足學生的實習、實踐需要。構建立體的實踐教學體系。

5綜述

商科類院校計算機科學與技術專業特色，通過培養方案開設商科類課程、實踐教學環節、第二課堂、學術交流活動、輔修專業、開設計算機在經濟管理學科領域的應用課程等方法，具體落實學生商科背景、經濟管理的知識培育，發揮商科院校專業教學、科研優勢。

通過建立穩定的校外實習基地，使學生盡早接觸社會，了解當地經濟建設和生產實際需求；提高學生實踐能力。建立軟件技術創新校內實習基地，鼓勵學生積極參加課外科技創新活動，形成良好的科技創新和專業學習氛圍，培養高水平的應用型人才。組織學生參加“大學生程序設計大賽”，全國“挑戰杯”課外學術科技作品競賽等活動，為學生提供更多的科技創新活動機會，提高學生專業學習的主動性和積極性，形成良好的科技創新和專業學習氛圍，促進專業建設和實踐教學工作，培養出高水平的具有商科特色的應用型高級技術人才。

參考文獻

[1]蔣宗禮，王志英，李曉明，孫吉貴，樊曉椏.構建計算機科學與技術專業公共核心課程[J].中國大學教學，2007，(11).

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中圖分類號:G642文獻標識碼:B

1引言

軟件學院軟件工程碩士的培養目標是培養高層次、應用型人才,針對這個目標,其教學實施應著重體現出以下兩個差異性:

(1) 軟件工程學科領域和計算機學科領域間專業設置的差異性,這個差異應能夠很好地體現培養應用型人才的目的;

(2) 工程碩士課程和軟件學院本科課程的差異性,這個差異應能夠很好地體現培養高層次人才的目的。

目前國內軟件學院軟件工程學科和傳統的計算機科學學科在課程設置上差異還不顯著,工程碩士的培養方案中甚至部分課程只是本科階段的重復。雖然大都開始強調學生的軟件項目實踐,但普遍缺乏過程管理。本文在對IEEE的軟件工程知識體系進行深入學習的基礎上,針對軟件學院軟件工程碩士提出了實現開放式教學體系的教學改革方案。

2軟件工程知識體系

2004版SWEBOK將整個軟件工程知識體系分為11個知識領域(Knowledge Area,KA),其中前5個知識領域是按軟件開發的生命期諸階段排列的,即軟件需求、軟件設計、軟件構造、軟件測試和軟件維護;后6個知識領域是軟件開發中的支撐性或者輔的方面,可能覆蓋軟件開發的多個階段,包括軟件配置管理、軟件工程管理、軟件工程過程、軟件工程工具與方法、軟件質量、相關學科知識領域。這些知識領域SWEBOK并沒有重新系統規定,而是直接套用已經成型的各領域知識體系,因此不可避免地存在重疊和不匹配。

在SWEBOK的基礎上,IEEE與ACM又共同擬定了CCSE。其中的核心部分是軟件工程教育知識(SEEK)。SEEK由十個知識領域組成,包括:計算機基礎(CMP)、數學和工程學基礎(FND)、職業實踐(PRF)、軟件建模與分析(MAA)、軟件設計(DES)、軟件驗證(VAV)、軟件演化(EVL)、軟件過程(PRO)、軟件質量(QUA)、軟件管理(MGT)。

可以看出,SEEK和SWEBOK基本內容是相近的?？偟膩碚f,二者都是包含了軟件工程核心類的知識領域、基礎類或前導類的知識領域,以及其他相關領域的知識。

3高等教育教學改革研究狀況

目前國內關于高等教育教學改革的論文很多,如翁敬農、劉云等在軟件學院實踐教學體系的內容與規劃中提出了“一個目標”、“兩種途徑”、“三大環節”、以及“四級臺階”的具體步驟。王移芝、林艷琴提出基于“兩段教學”的計算機基礎課程的教學體系框架。謝芳清、閆大順提出了以素質教育為目標的實踐教學體系。王浩、胡學鋼等提出計算機科學與技術專業實踐教學體系的總體研究與建設。王志英以國家實驗教學示范中心為例,提出實踐是綜合能力培養的基礎,并以此構建計算機科學與技術專業實踐教學體系。董瑋、邱建華等以專業課“程序設計基礎(C語言)”為例給出了建設實踐教學體系的實踐探索。然而目前還沒有檢索到專門研究軟件學院工程碩士教學改革的論文。無論是從傳統計算機科學與技術專業與軟件學院軟件工程專業的區別,還是本科生與研究生的區別來看,針對軟件學院工程碩士的教學改革研究都是十分有必要的,同時也是迫切的。

4工程碩士的課程體系設計策略

我們以IEEE SWEBOK和CC2004SE的知識體系為主體,結合中國軟件產業以及本院的具體實際情況,設計了中國科學技術大學軟件學院軟件工程專業的知識體系,作為我院工程碩士課程設置和教學計劃實施的依據。以SEEK為基礎,我們對軟件工程的課程設置進行規劃。整個課程設置可以分為三個層次,即導論性課程、軟件工程核心課程和其他課程。如圖1所示,該知識體系定義了7個知識體系子類。計算機基礎和數學和工程學基礎屬于導論性課程、其他課程包含了職業實踐、領域課程、軟件工具、工程實踐等四個子類。

其中計算機基礎定義了軟件工程作為計算學科所必需包含的計算科學基礎以支持軟件產品的設計與建設;數學與工程學基礎提供了軟件產品獲得所需屬性的理論和科學基礎;職業實踐則聚焦于軟件工程師以職業行為從事軟件工程實踐所必需具備的知識、技能和態度;軟件工程核心課程應該包含軟件開發生命周期所涉及到的主要知識領域;領域課程包含了對于某個特定領域軟件工程師應該接受的特定教育或經驗;軟件工具定義了從事軟件工作所必需掌握的當前主流工具與軟件產品等;工程實踐則是學生使用所學到的知識從事實際開發活動,提供動手能力的重要環節。

對于工程碩士來說,大部分同學經過計算機本科專業的學習,已經具備了初步的計算機基礎以及數學與工程學基礎,因此目前其課程體系建設如圖2所示,重點是完成軟件工程核心課程教學,并結合IT界的最新技術趨勢設計相關領域課程。教學改革的核心是如何設計軟件工程的核心課程,并指導學生熟練掌握相應的軟件工具,強化他們的實踐動手能力。

5工程碩士開放式教學體系建設

對于如何設計軟件工程的核心課程,我們的主要思路是打破原先各子知識體系間的界線,圍繞專業培養目標,結合學生的工程實踐,引入課程組的概念,實現一個完整的開放式教學體系。如圖3所示,整個開放式學習體系包含三個部分:

(1) 設計課程組:在理論環節采用課程組的概念,集中講授較高層次的、符合碩士生水平的軟件工程的某些重要環節;

(2) 開設實踐教學環節:在實踐教學中采用做中學(Learning by Doing或LBD)理念,由指導教師講述軟件工具的具體操作過程,同學實際動手學習;

(3) 強化工程實踐:在工程實踐中由學生自主選題,并將LBD中講述的工具在項目整個生命周期中貫穿使用。

5.1設計 課程組

目前我院開設的高級軟件工程和本科的軟件工程課程內容并沒有太大差別,對于軟件工程的各個環節面面俱到,但又都比較淺顯,對于工程碩士的培養顯然是不合適的。因此我們設計了軟件工程課程組的理念,初步設計了以下課程:

(1)“軟件開發管理”(Managing Software Development)

(2)“軟件系統架構”(Architectures for Software Systems)

第一門課程主要針對以后立志從事軟件工程管理方向的同學,課程針對IT項目集中闡述如何實現風險、資金、工期等各方面的管理;第二門課程主要針對以后立志從事軟件高級開發方向的同學,課程主要講述復雜軟件系統架構層上的設計,介紹目前通用的軟件系統結構、設計技術以及實現這些結構的模型、表述方法等。這兩門課程對于軟件工程碩士應該至少必修一門。除了這兩門課程,其他軟件工程類的課程包括了設計模式、軟件測試、語言類課程如J2EE、.NET等等,學生可根據自己的實際情況進行選修。

5.2開設實踐教學

針對該課程組,我們開設了實踐教學環節,采用做中學理念,由指導教師(可以由助教擔任)根據事先確定的主題,選用具體工具講述如何使用該工具完成項目開發的某具體環節,工具涵蓋了項目管理、架構設計文檔化以及測試等軟件項目開發的主要方面。

對于軟件工具的選擇,有兩種思路。一種方法是對軟件工程的不同環節分別選擇不同工具,例如項目管理選Project、開發文檔化選Rational、測試再選別的工具這樣來做,但結構分散,不利于整體化考慮。另一種是采用套件,完成項目開發全程的所有操作,目前我們選擇了兩種套件,一是微軟的VSTS,該套件和微軟的Visual Studio開發平臺綁定,適合學習.net開發框架的同學;另一種是IBM的RSA,該套件和Eclipse開發平臺綁定,適合選擇開源J2EE開發框架的同學。

5.3強化工程實踐

大多數的軟件學院目前都開設了專門的工程實踐環節,但實際的效果并不盡如人意。因此我們將工程實踐環節也納入到開放式學習體系中,以前面所說的理論以及實踐教學環節來指導學生更好地高質量完成整個工程實踐。

從教學方法上,工程實踐應盡可能地貼近現實項目,除了常見的軟件工程文檔,我們還要求學生提交過程管理類文檔(軟件開發合同、會議記錄、工作日程記錄、合同執行報告:財務報告和開發過程報告、個人總結、小組總結等)。

從技術上,學生可以自由選題,也可參考工程實踐題庫中的選題。選題涉及所有領域課程包含的內容。要求學生必須采用實踐教學環節中介紹的工具全程介入項目開發的各個階段。學院設立專門的工程實踐網站提供學生選題及交流,以及指導教師的監督。

從教學形式上,則注重如何實現應用型軟件人才的核心能力分析與培養,要求學生運用職業實踐子知識體系中的相應內容,鍛煉學生的口頭表達能力、書面表達能力等。通過學生的開題演講、采用各種工具完成相應的項目文檔、結題答辯等環節來實現學生職業素質的培養。

從實踐效果評價上,我們制定了一系列的成績考核方法、管理考核信息、分析考核結果、評價教學質量等措施,實現完整的考核體系。

6結論

軟件工程專業學生的培養,在學科教育與培養面向市場需求的人才方面有著事實上的矛盾。軟件學院現有的實踐教學體系存在著專業課程設置定位不準確、課程實驗師資不足、實驗教學內容質量不高、實驗指導和管理落后等問題。根據軟件工程專業教學所面臨的挑戰,在充分調研IEEE SWEBOK和CC2004SE知識體系的基礎上,針對軟件學院的工程碩士,我們提出了軟件工程碩士開放式教學體系的建設,圍繞專業培養目標,結合學生的工程實踐,引入課程組的概念,制定了一套較為完整的開放式實踐教學實施計劃。

參考文獻 :

[1] Curriculum Guidelines for Undergraduate Degree Programs in Software Engineering [EB/OL]. [2004-08-25]. /ccse/SE2004Volume.pdf.

[2] 翁敬農,劉云. 北航軟件學院本科生實踐教學體系的研究與實踐[J]. 計算機教育,2007(11).

[3] 王移芝,林艷琴.“計算機基礎課程”實踐教學體系的研究與實踐[J]. 實踐教學,2008(8).

[4] 謝芳清,閆大順. 計算機工程專業實踐教學體系的研究[J]. 中國科技信息,2008(9).

篇（7）

Mathematica

Bertrand Russell’s Manuscripts and Notes for the 2nd Edition

2011，407pp

Hardback

ISBN9781107003279

B. Linsky著

本書是對哲學家、邏輯學家、數學家、歷史學家、社會評論家勃蘭特·羅素（1872-1970）關于《數學原理》第2版的手稿和筆記的整理和解讀。

1910年羅素的《數學原理》第1版出版，該書促使了數理邏輯和計算機科學的發展，從而推動了信息科學的進步。它成為現代分析哲學的模型，至今仍然占據著重要的地位。1925-1927年間，A. N.懷特黑德（Whitehead）和羅素出版了該書的第2版。第2版分為三卷，由劍橋大學出版社出版，其中包含了第1版的內容，同時增加了由羅素獨立撰寫的新導論、三個附錄（附錄A，B和C）和一個定義列表。雖然新增的這些內容只有短短66頁的篇幅，但是它卻完全改變了《數學原理》的體系結構，有些地方甚至需要深層次地重新思考邏輯的本質。在20世紀60年代后期，加拿大麥克馬斯特大學（McMaster）的勃蘭特·羅素檔案館得到了羅素的論文，信件及藏書。這些檔案里面包含了羅素在1925年向第2版新增的新導論和三個附錄的手稿，還有關于《命題和功能的層次結構》一文的手稿，該文是最后修改《數學原理》第2版的主要內容。這些文檔展示出羅素非凡的洞察力，如附錄B中羅素嘗試求解有問題的理論“歸納法”。

本書共8章：1.導論；2.關于第2版的寫作；3.第1版的邏輯；4.記號和邏輯；5.新版本的改進；6.在附錄B中的歸納法和類型；7.第2版收到的評價；8.羅素寫給卡爾納普（Carnap）的定義列表。

本書作者B. Linsky是加拿大阿爾伯塔大學的哲學系教授，研究有關形而上學的哲學邏輯領域，出版專著4部，40余篇。2003年開始訪問羅素檔案館，研究羅素手稿和書信，編輯整理羅素關于《數學原理》第2版的筆記和手稿，并寫出一系列的研究論文。

本書適合于研究哲學、邏輯學、邏輯數學等相關領域的人員閱讀。

陳濤，

博士生

篇（8）

一、計算思維與離散數學

根據周以真教授的定義，[1]計算思維是運用計算機科學的基本概念來求解問題、設計系統和理解人類行為，包括了一系列廣泛的計算機科學的思維方法。比如，在解釋一個看起來比較復雜的事物時，計算思維通常會采用約簡、轉化、仿真等思維方法；在處理復雜的問題時，通常會采用抽象以及分而治之的思維方法。計算思維采用多視角、最適合的表示方式來表述一個問題，或者對問題的某個特定方面進行建模，從而使問題易于理解和處理。周以真教授認為一個人具備計算思維能力體現在如下幾個方面：給定一個問題，能夠理解其哪些方面是可以計算的；能夠對計算工具或技術與需要解決的問題之間的匹配程度進行評估，能夠理解計算工具和技術所具備的能力以及其局限性；能夠識別出使用新的計算方法的機會；能夠在任何領域應用諸如分而治之等計算策略。

離散數學作為計算機相關專業的一門重要基礎課，它所研究的對象是離散量的結構以及相互間的關系，其內容對后續的數據結構、編譯原理、數據庫原理、人工智能等計算機核心課程都具有非常重要的作用。通過學習離散數學，可以培養和提高學生的抽象思維和邏輯推理能力。而抽象思維和邏輯推理恰恰是計算機科學最常用的思維方法，也可以說是計算思維的核心所在。因此，離散數學教學內容所蘊含的思維方法恰恰體現了計算思維，另一方面，也可以從計算思維所包括的思維方法角度重新審視和梳理離散數學的教學內容，從培養計算思維和解決實際問題兩個角度展開教學內容和教學方法方面的研究，更好地進行離散數學的教學，從根本上解決傳統離散數學教學中所面臨的問題。

二、基于計算思維培養的離散數學教學內容改革

在離散數學的教學中，講授的具體知識點基本都涵蓋了計算思維中其它基本概念和思維方法。比如數理邏輯部分就涵蓋了歸結推理、約簡等常用的思維方法，等價關系涵蓋了軟件測試中常用的樣本點選取的思維方法；代數結構涵蓋了抽象的思維方法。為了更好地展開教學，針對離散數學的教學內容進行了基本概念和思維方法的抽取，并在實際教學過程中將這些計算思維中的方法傳輸給學生。例如，在講解數理邏輯中的歸結推理方法后，將以偽代碼的形式表達其算法，并且鼓勵學生利用LISP語言完成命題邏輯的歸結推理算法。同時，在給出歸結推理算法后，對算法的復雜度、完備性、可終止性等問題進行簡單論述，從而告知學生謂詞邏輯本身是不可判定的。下面兩個表格（見表1、表2）列出了在教學過程中整理出來的部分教學知識點與計算思維的對應關系。限于篇幅，在此不一一闡述。

三、基于計算思維培養的離散數學教學手段改革

在對教學內容進行改革的基礎上，采用何種有效的教學手段展開教學，是能否培養學生計算思維能力的關鍵。在教學過程中，主要采用兩種方法：歸納學習法和案例驅動法。

所謂歸納學習法是通過歸納思維，形成 對知識的特點、中心、性質的認識、理解與運用。在教學過程中，講解完具體的教學內容后，都會將其蘊含的計算思維方法進行歸納總結，并利用其蘊含的計算思維方法去解決一個實際生活中的問題，比如：在講解完代數系統部分的內容后，其蘊含的主要計算思維方法就是抽象，從而可以將有理數四則混合運算、實數運算和復數運算等抽象為代數系統。然后，就可以引入面向對象程序語言中的抽象概念，包括類、對象等，很好地將離散數學中的教學內容與學生所熟悉的編程語言有效地結合起來。一方面，加深學生對教學內容的理解，另一方面，學生能夠靈活運用所學的計算思維解釋現實問題。

歸納學習法是從教學內容出發，提煉計算思維，解決現實問題的過程。而案例驅動教學法則是根據現實問題，使用計算思維引出教學內容的過程。在教學過程中，如果突兀地引入具體的教學內容，而不對其應用場景進行闡述，大部分學生都會感覺無法理解。為此，引入了案例驅動教學法。例如，在介紹最短路徑算法時，一般先引入旅行商問題，然后利用抽象的思維方法將一些無關的因素去掉，進而構建出一個抽象圖的形式呈現出來的模型，自然地引入了最短路徑算法。同時在算法介紹過程中，可以對權值所表示的含義進行解釋，既可以表示時間也可以表示路長，從而產生兩種不同的路徑。最后可以讓學生把這一問題推廣到軟件項目管理中關鍵路徑的處理，激發更深層次的思考。在講述歐拉圖的時候，可以類似地展開案例教學法。首先，給出著名的哥尼斯堡七橋問題，然后利用抽象的計算思維方法忽略橋的寬度、距離等無關的因素，從而對哥尼斯堡七橋問題進行建模，自然地得出歐拉圖的定義。

四、結束語

作為計算機相關專業的核心基礎課程，離散數學為計算思維能力的培養提供了一個很好的平臺，也為更好地展開離散數學教學內容的組織和教學方法的改革提供了思路。本文在分析離散數學教學內容和計算思維的內在關系基礎上，從教學內容和教學手段兩個方面進行了一定的探索，將計算思維的培養有機地結合到離散數學的教學過程中。從教學效果和學生反饋來說，都取得了顯著的成效。然而，在加強了計算思維的培養之后，還要求能夠應用新的思維方法解決具體的專業問題，能夠推陳出新，提出新的思維方法。這些方面僅僅依靠離散數學的教學還遠遠不夠，需要將計算思維的培養理念貫穿于各個專業課程的教學過程中。

參考文獻：

.Communications of ACM，2006，49 （3）：33-35.

[2]周以真.計算思維[J].中國計算機學會通訊，2007，3（11）.

[3]李國杰.計算思維不僅僅屬于計算機科學家[N].大眾科技報，2009-08-02（B01）.

[4]孫家廣.計算機科學的變革[J].中國計算機學會通訊，2009，2.

篇（9）

姓名：               專業：      所屬系別：                    

學號              指導教師姓名            職    稱：          

開題報告時間：   年  月  日

論 文 題 目 ：小型醫院業務管理系統設計

1、擬選課題國內、外的研究動態、水平、存在問題，與本人實習、社會實踐、調研的關系，并附主要參考文獻：

 

  醫院的醫療水平和服務質量一直是國內外關注的焦點，僅靠增加基礎設施投入和脫離信息化的管理方法的改進，是不能從根本上提高醫院的工作效率、服務質量和管理水平的。醫院業務管理系統的目的就是減輕業務勞動強度，減少了差錯，科學管理藥品，節省人力，提高醫院的財、物管理水平，增加經濟效益，改善患者的就醫環境，方便患者就醫和查詢，提高醫院的服務效率和服務質量，提高醫院的醫療質量和管理水平。所以，一個現代化的適應社會發展需要的醫院，除了具備一流的醫療隊伍、一流的服務設施之外，還應具備一流的業務管理系統。 

醫院業務管理系統不僅能提高醫務人員的工作效率和醫療水平，而且能提高醫院的服務質量。因此，醫院對業務管理系統有著強烈的需求。本文介紹了醫院出入院處、病區、藥房、藥庫的業務流程，在整體分析醫院各部門以及部門之間的實際工作業務的基礎之上，結合管理系統開發的理念，用VB 6.0作為前端開發工具，開發了醫院業務管理系統。目的就是利用計算機軟硬件技術、 網絡通訊技術等現代化手段，對醫院及其所屬各部門的業務進行綜合管理。從而為醫院的整體運行提供全面的、自動化服務的業務信息系統。全文通過對業務流程的分析以及對系統的模塊設計、實體-聯系圖(E-R圖)設計、關系模式設計、數據庫設計、代碼設計、人機界面設計等，詳細地闡明了本系統開發的目的、過程及預期效果。

業務管理系統是一門集管理科學、信息科學、系統科學及計算機科學為一體的綜合性學科，研究的是管理活動的全過程，以便有效的管理醫院。

參考文獻

[1]張莉 王強 趙文方 董莉 《SQL Server 數據庫原理及應用教程》清華大學出版社,2002

[2] 薩師煊、王珊.數據庫系統概論（第三版）.北京：高等教育出版社,2000

[3] 張海藩.軟件工程導論（第四版）.北京：清華大學出版社,2003

[4] 催五子、于寧。界面設計與Visual Bbasic.北京：清華大學出版社,2004

 

 

 

 

2、課題擬解決的主要問題，在理論和應用方面的意義，完成課題的條件（包括實習單位情況）和設計（論文）的主要內容：

意義：1、為病人提供更好更快、更快的服務，提高醫院在醫療市場的競爭力以及吸引更多的病人到本醫院就醫；

2、人力工資昂貴，迫使醫院采用計算機以提高勞動效率；

                                                                                              

功能：1、門診掛號：為病人提供就醫卡方便病人；

2、住院病人管理系統：是醫院可以隨時了解病人情況；

3、藥房管理系統：提高了藥品管理的質量，和工作效率；

4、門診醫生工作站、住院費用的管理、病歷管理系統、以及外部接口等。

 

 

3、指導教師對學生選題報告的評語：

 

 

 

 

 

 

 

指導教師簽字：              年    月     日

4、選題報告會評議組意見：

 

 

 

 

 

 

組長（簽字）：               年    月     日

5、學院審查意見：

 

 

 

 

 

 

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1.引言

隨著計算機技術、通信技術和數字廣播等技術不斷發展，以互聯網、無線通信為傳播載體，以傳統媒體內容與創新內容模式為核心的數字媒體產業在全球范圍快速崛起，并正在改變著人們的信息獲取方式和休閑娛樂的形式。

我國的數字媒體業近幾年正處于高速發展時期，對于具有較高人文素養、掌握數字媒體核心技術并具有藝術創意能力的復合型數字媒體技術開發與設計人才需求旺盛。四川理工學院軟件工程專業是與IT企業合作辦學、實行“3+1”人才培養模式，即學生前3年在校學習，第4年在軟件企業實習并完成畢業設計（論文）。為使培養的學生既有較扎實的理論基礎，又有適應人才市場需求的職業技能，在軟件工程專業大框架下設置了數字媒體技術方向。

數字媒體技術作為一個寬口徑、以技術為主、藝術為輔、技術與藝術相結合的新的專業方向，涉及到不同的學科知識，因此，我們有必要通過探索與改革人才培養模式、課程體系以及實踐教學體系的研討，搭建科學的創新人才培養平臺，促進軟件工程專業人才培養整體水平的提升。

2.人才培養目標

培養目標是制定教學計劃、設計課程結構、選擇知識發展方式以及確定教學組織形式的依據，也是教學內容、教學方法、教學組織與管理、教學手段、教學評價等方面改革的基礎和前提。軟件工程專業數字媒體技術方向具有軟件工程與數字媒體技術相結合的特色，注重對學生軟件開發、應用能力的培養，實踐性強。結合我們自身辦學特色和辦學條件，我校軟件工程數字媒體方向人才培養目標是：“培養具備計算機科學、多媒體網絡、軟件工程技術、信息安全等方面的專業知識與技能，具有扎實的軟件工程和數字媒體技術基礎理論、寬厚的專業基礎知識、較強的實踐能力，能夠從事包括新媒體應用以及虛擬現實等在內的多媒體技術開發、數字媒體設計與創作、計算機游戲設計、網頁設計與網站維護、信息服務及數字媒體管理等工作的創新性技術人才。”

3.核心課程體系

數字媒體方向課程體系的建設以創新性復合型人才培養為基本指導思想，重視實踐課程的開設，使學生所學習掌握的方法具有充分的實效性，真正做到學有所用，以適應未來的工作崗位，成為本行業和企業所歡迎的有用人才。課程體系分為軟件工程專業核心課程模塊、數字媒體方向核心課程模塊、專業實訓、畢業實習和畢業設計（論文）等模塊。

3.1 核心課程

軟件工程專業數字媒體技術方以軟件工程專業為主線構成專業基礎和專業主干課程。其中，計算機與軟件基礎課程有：計算機導論、程序設計入門、面向對象程序設計、數據結構與算法、Java程序設計、計算機組成原理、數據庫原理、計算機網絡、操作系統、編譯原理、信息安全技術、計算機體系結構以及J2EE與中間件技術；軟件工程專業課程有：軟件工程導論、軟件測試技術、需求分析與UML設計、軟件項目管理與過程控制；數字媒體技術專業課程有：數字媒體技術導論、計算機圖形學、數字圖像處理、網絡流媒體技術、用戶界面設計、視頻音頻制作與處理、數字影視特技應用、高級游戲特性與游戲引擎、人機交互技術、虛擬現實技術與應用、高級腳本與插件技術等。對于實踐性較強的課程開始單獨的實驗課程和配套的課程設計。

3.2 特色課程

計算機網絡游戲由計算機技術、藝術設計學和計算機動畫以及計算機圖形圖像技術高度交叉結合，目的是培養具有扎實的游戲編程功底和良好的邏輯思維習慣，具備較強的審美能力和一定的藝術素養，熟悉游戲產品開發流程，具有一定的策劃能力，能在游戲公司、門戶網站、手機運營企業、動畫公司等單位從事游戲設計、游戲開發、游戲制作、游戲策劃、游戲運營等方面工作的富于競爭力與創新精神的高級復合型人才。

計算機游戲程序設計。課程目標：本課程主要學習普及游戲開發理念，培養游戲開發氛圍，挑選有潛力的學生組成開發團隊；傳授游戲開發中的程序設計要素，特別是游戲引擎開發的基本知識。通過本課程的學習，學生能夠掌握游戲開發的基本理念，熟悉游戲開發的基本技巧和流程，并具備從事游戲程序設計工作的基本技能。

虛擬現實與數字娛樂。課程目標：本課程主要介紹虛擬現實的基本概念及其系統組成、相關的軟件技術及虛擬現實的應用，并介紹了當前數字娛樂的現狀，發展和一些關鍵技術。內容包括：虛擬現實的定義、特性和組成，虛擬世界的創建和管理，虛擬現實中的視覺計算，虛擬現實中的交互技術，虛擬現實中的聲覺計算，增強現實，分布式虛擬現實，虛擬現實應用，與虛擬現實相關的數字娛樂技術。

4.實踐教學體系

培養符合時代需要的創新性人才，就要強化實驗教學的開放性和多層次化?；趧撔滦栽瓌t和以生為本原則，結合培養目標和自身教學特點，數字媒體技術方向實踐教學體系分為課程實驗，專業實訓、畢業實習和畢業設計三個方面，各實踐環節之問相互協調、相互銜接、循序漸進。

4.1 課程實驗

依照實踐能力培養循序漸進的原則，根據實現數字媒體技術專業基本能力培養的系列課程，并按照系列課程的復雜度和規模設計實踐環節，開展了多層次課程實驗教學，根據學生的需要和實踐能力培養的漸進規則，將實驗課安排大學四年的各個環節。

多層次實驗教學是指在實驗大綱與目標的規范基礎上，將實驗項目設計成基礎型、綜合設計型、研究創新型不同層次的實驗。同一學生從基礎規范一綜合設計一研究創新這樣難度遞增的實驗項目中逐漸進行訓練，實現系統培養學生綜合實踐能力。課程實驗主要包括：手繪訓練、視頻特技與非線性編輯、多媒體網頁設計、移動娛樂軟件開發、網絡娛樂軟件開發、界面設計課程設計、虛擬現實開發課程設計等。

4.2 專業實訓

專業實訓作為知識、能力、綜合素質教育的結合點，成為數字媒體技術專業實踐教學的重點之一。專業實訓是對課堂教學具有延伸作用，是學生培訓職業能力、熟悉職業環境、了解實際知識的重要渠道。通過專業實訓，學生不僅可以把所學轉化為所用，還能使學生在學習操作過程中通過不斷調整自己的知識結構來慢慢適應相應職業崗位，鍛煉職業的能力，為實習以及今后走向社會積累經驗、打下基礎。

我校軟件工程專業是校級專業綜合改革試點專業，以爭建微軟IT學院、HP軟件學院為契機，與知名IT企業開展深度合作，聯合培養具有國際視野的軟件開發、軟件測試和服務外包人才。與中軟國際、Tarena（達內）科技等十多家IT企業聯合建立了實習實訓基地、就業基地。

4.3 畢業實習和畢業設計

畢業實習是學生將前期學習到的知識運用到生產實踐中，真正了解、感受未來的工作，鍛煉自己各方面的綜合能力。真正實現與行業需求的專業實踐能力對接。能勝任相應崗位的工作，從而積累工作經驗，為就業做準備。為了增強學生和指導老師對畢業設計（論文）及畢業實習的重視，提高畢業設計（論文）的質量和提高學生在畢業設計（論文）及畢業實習實踐環節獲得的實踐能力，也為緩解畢業設計時間（論文）不足，筆者將畢業實習與畢業設計（論文）有機結合，實行“畢業實習+畢業設計”相結合的模式，學生畢業設計的內容來自于畢業實習，并且畢業設計的內容要將畢業實習的內容進行一定的升華，除體現學生四年來所學知識綜合之外，還要體現出學生的創新能力與科研能力，達到培養創新型、復合型人才的標準。

5.結束語

通過對國內外數字媒體技術相關專業及方向的調研，基于創新性人才培養目標，建立了相關的核心課程和多層次實踐教學體系，融合專業技術、實踐教學、校企合作共同培養為一體的軟件工程數字媒體特色專業方向的知識體系，著力培養學生的藝術與技術交叉結合的數字媒體制作與開發能力和職業素質，進而使得學生的基礎知識、科學素養、藝術感悟、專業知識、創新能力、工程能力和職業素質都得到全面均衡的發展，以增強他們在數字媒體行業就業的競爭能力。

參考文獻

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[2]蔡建平，沈琦，于學軍等.軟件工程（數字媒體技術）特色專業的特色建設[J].軟件，2012，33（4）：108-111.

[3]耿衛東等.面向數字媒體技術專業的數字化學習平臺建設[J].計算機教育，2010（16）：99-101.

[4]向輝.數字媒體技術專業課程體系探討[J].計算機教育，2008（15）：28-30.

篇（11）

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A

文章編號：1672-5913 (2007) 24-0062-03

1引言

“離散數學課程”是介紹“離散數學”各分支的基本概念、基本理論和基本研究方法、研究工具的基礎課程，現已成為計算機科學與技術專業的核心基礎課程，IEEE&ACM的CC2001教程更是以十分顯著的方式強調了這一點。離散數學課程所涉及的概念、方法和理論，大量地應用在"數字電路"、"編譯原理"、"數據結構"、"操作系統"、"數據庫系統"、"算法的分析與設計"、"軟件工程"、"人工智能"、"多媒體技術"、"計算機網絡"等專業課程以及"信息管理"、"信號處理"、"模式識別"、"數據加密"等相關課程中；它所提供的訓練，十分有益于學生概括抽象能力、邏輯思維能力、歸納構造能力的提高，十分有益于學生嚴謹、完整、規范的科學態度的培養。這些能力與態度是一切軟、硬件計算機科學工作者所不可缺少的。離散數學課程所傳授的思想和方法，廣泛地體現在計算機科學技術及相關專業的諸領域，從科學計算到信息處理，從理論計算機科學到計算機應用技術，從計算機軟件到計算機硬件，從人工智能到分布式系統，無不與離散數學密切相關。

2離散數學的教學內容

由于計算機無論多么先進，都只能處理有限的離散數據，正因為如此，才使得離散數學和計算機有了莫大的聯系。那么，是不是所有研究離散結構的數學都歸于離散數學呢？基于各種原因，許多具有離散結構的數學，并不一定屬于離散數學。離散數學可以說是和計算機一起發展起來的學科，是一門新興的學科，對于究竟什么屬于離散數學，人們也沒有完全一致的看法。如同我們的教材，把數理邏輯、集合論、群論、圖論都歸為離散數學。另外，不少學者把組合學、計數、排列也歸為離散數學。其實，數學本一家，精確劃分沒有必要。但我認為，離散數學的核心應是組合數學和圖論。只可惜，我們的教材中幾乎沒有組合數學，這一點，實在是一大缺憾。

離散數學包括的教學內容，對每一個從事計算機技術的人都要求掌握和了解。因為在形式證明、驗證、密碼學的研究與學習中要有理解形式證明的能力；圖論的概念被用于計算機網絡、操作系統和程序設計語言的編譯系統等領域；集合論的概念、關系代數等在軟件工程和數據庫中也會用到。總之，為了適應計算技術的要求及將來的發展，學生需要對離散結構有比較深入的理解。

3離散數學的教學方法

離散數學作為一門計算機專業的核心基礎課，往往開設的比較早，所以很多同學在學習這門課的時侯還缺乏對其價值的認識。再加上對數學的敏感性，所以很排斥它。如何教好這門課，除了讓學生對這些內容感興趣外，還要讓他們對其在計算機中的應用有些感性認識。因此，在介紹離散數學的每一分支時，都要分三步走：

第一，先要了解這一分支的悠久歷史；

第二，學習它的基本概念、基本理論和基本研究方法；

第三，了解它在計算機科學中的應用。

(1) 各分支的悠久歷史

數學推理與邏輯之間，有著密切的聯系，早在兩千多年前的古希臘，就有了邏輯學的萌芽。不過那時的邏輯稱為古典邏輯，屬于哲學的范疇。數理邏輯誕生于十九世紀中葉，源于古典邏輯。

群論誕生于十九世紀二十年代，由法國天才數學家伽羅華創立。有趣的是，他創立群論的目的是為了解決高次方程求根問題，如果他知道群論與現代的計算機學科聯系如此緊密，一定會驚嘆不已。

圖論最早起源于一些數學游戲，相信對數學感興趣的同學一定都聽說過哥尼斯堡的七橋問題。圖論與幾何不同，幾何討論圖的長短大小，而圖論是討論圖的邊和頂點之間的位置關系，正因為如此，萊布尼茲把她稱為“位置幾何學”。圖論的問題非常有趣，往往答案很簡單，但卻非常非常難以想到。尤其是其分支拓撲學，更是如此。你知道九聯環也是圖論問題嗎？

集合論起源于十六世紀末期，開始是為了追尋微積分的堅實基礎，后來，德國的數學家康托教授發表了一系列有關集合論的文章，奠定了集合論的基礎，集合論也從此發展起來?，F在，集合論已經滲透到泛函、概率、函數論等各門學科。

(2) 各分支的基本概念、基本理論和基本研究方法

數理邏輯又名符號邏輯，是一門用數學方法研究推理過程的科學。主要目的在于探索出一套完整的規則，按照這些規則，就可以確定任何特定論證是否有效。這些規則，通常稱為推理規則。在邏輯學中，與其說注重的是論證本身，不如說注重的是論證形式。

集合論主要研究了集合的基本概念和運算，關系的基本概念以及全序、偏序等概念，函數的定義與性質。重點研究了關系矩陣和關系圖的表示，關系的性質及判別方法；復合關系和逆關系的概念及其求法，關系的自反、對稱、傳遞閉包的概念及其求法；等價關系的判定與相關等價類的求法、偏序關系的判定以及哈斯圖的表示法。

代數系統部分需要了解代數系統以及同態、同構的概念，掌握代數系統運算的性質及各種特殊元素，幾種特殊代數系統的判定及其性質和簡單運算。

圖論部分了解有關圖的基本概念、圖的同構，掌握圖的表示方法，歐拉圖及哈密頓圖的判別方法，最小生成樹的求解方法。

(3) 各分支在計算機科學中的應用

數理邏輯的學習，可以在形式證明、驗證、密碼學的研究與學習中增強理解形式證明的能力；用關系代數、謂詞邏輯研究數據庫等。

集合論的概念、關系代數等在軟件工程和數據庫中也會用到。

圖論的概念被用于計算機網絡、操作系統和程序設計語言的編譯系統等領域；近期，還研究用圖論研究數據結構、操作系統的結構和死鎖問題。

在計算機發展初期，利用命題邏輯，布爾代數理論研究開關電路，從而建立起一門完整的數字邏輯理論，對計算機的邏輯設計起了很大作用。在近期，利用代數結構研究編碼理論，利用謂詞邏輯研究程序正確性問題，利用能行性理論(如遞歸函數論)研究計算機中的可計算性理論。

4離散數學的學習

作為計算機系的一門課程，離散數學有與其它課程相通相似的部分，當然也有它自身的特點，現在我們就這門課的特點做一個簡要的分析。

(1) 定義和定理多

離散數學是建立在大量定義上面的邏輯推理學科。因而對概念的理解是我們學習這門學科的核心。在這些概念的基礎上，特別要注意概念之間的聯系，而描述這些聯系的實體則是大量的定理和性質。

離散數學的定義主要分布在集合論的關系和函數部分，還有代數系統的群、環、域、格和布爾代數中。一定要很好地識記和理解。

(2) 方法性強

離散數學的證明題中，方法性是非常強的，如果知道一道題用怎樣的方法證明，很輕易就可以證出來，反之則事倍功半。所以在平常復習中，要善于總結，那么遇到比較陌生的題也可以游刃有余了。

(3) 有窮性

由于離散數學較為“呆板”，出新題比較困難，不管什么考試，許多題目是陳題，或者稍作變化得來的?！笆熳x唐詩三百首，不會做詩也會吟?！币虼?，要學好離散數學，就應該在平時多做些題目，強化對知識的理解。

5 結束語

以上是我關于離散數學這門課的一點教學心得，幾輪的教學下來，我深深覺得我們要注意培養學生掌握獲取知識、科學研究和發現新知識三種方法。在傳授知識的過程中，要教會學生學習的方法和研究問題的方法，同時還要通過課內課外的各種教學活動來提高學生的能力，培養學生的素質。關于離散數學這門課程，可以讓學生完成離散數學在計算機科學中的應用的相關論文，內容選擇

• 可以是下列應用介紹之一:

C 群與編碼.

C 鴿籠原理(pigeonhole principle)

C 傳遞閉包和Warshall 算法

C 布爾代數和電路設計

C 圖和運輸網

C 半群與機器簡化

C 使用數論理論解釋公共密鑰技術(public key cryptography)

• 可以是離散數學難題, 如: 較難的思考題的解答

• 可以是與離散數學有關的趣味問題的考察

• 可以是任何您高興研究的離散數學相關問題

這樣，才能將僵化的知識與實踐結合起來，才能激發學生的創造力，從而使學生真正認識到它的重要意義。

Talk About Discrete mathematical Teach And Study

Abstract: This paper discusses the important of Discrete Mathematics mainly from there aspects: teaching methods

teaching content and how to study. Based on this, Author proposes combine knowledge and ability, stimulating students' interest in learning and improves student’s creativity.

Keyboard:Discrete mathematics, base, study

參考文獻

[1] 徐潔磐，惠永濤編著. 離散數學及其在計算機中的應用[M]. 北京：人民郵電出版社，1988.

[2] 徐潔磐. 離散數學導論[M]. 北京：人民教育出版社，1982.